開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性的軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

目錄1緒論.12設(shè)計(jì)要求.13系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn).13.1SRD的組成及工作原理.13.2SRD主要技術(shù)特點(diǎn).34開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性的實(shí)現(xiàn)原理.44.1開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性分析.44.2開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性實(shí)現(xiàn)原理.44.2.1轉(zhuǎn)矩的計(jì)算.44.2.2開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性調(diào)速系統(tǒng)控制策略.65開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性的軟件設(shè)計(jì).75.1軟件設(shè)計(jì)概述.75.2主程序設(shè)計(jì).85.3軟特性的實(shí)現(xiàn).95.4PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì).105.5子程序設(shè)計(jì).125.6可視化控制軟件PCmaster.155.6.1監(jiān)控界面.165.6.2監(jiān)測功能.166結(jié)束語.17致謝.18參考文獻(xiàn).19附錄程序清單.2011緒論開關(guān)磁阻電機(jī)（SwitchedReluctanceMotor，簡稱SR電機(jī)）結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固，可靠性高，效率高，在一些要求高精度的電力拖動(dòng)設(shè)備的控制系統(tǒng)中具有很多的優(yōu)勢。開關(guān)磁阻電機(jī)及其調(diào)速控制系統(tǒng)（SwitchedReluctanceDrive，簡稱SRD）是位置、速度和電流三閉環(huán)控制系統(tǒng)，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，有著廣泛的應(yīng)用前景。近幾年來開關(guān)磁阻電機(jī)在許多電力傳動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如在城市電動(dòng)汽車、礦山井下電動(dòng)機(jī)車、油田抽油機(jī)、家電領(lǐng)域上都可以與直流調(diào)速電機(jī)和變頻調(diào)速電機(jī)一較長短。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)磁阻電機(jī)及其調(diào)速控制系統(tǒng)將有更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。目前在許多生產(chǎn)機(jī)械中，比如，電動(dòng)汽車、游梁抽油機(jī)、電動(dòng)鉆機(jī)等需要具有軟特性的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，即直流電動(dòng)機(jī)的串勵(lì)特性。而開關(guān)磁阻電機(jī)具有起動(dòng)電流小、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此研究開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性調(diào)速系統(tǒng)具有十分重要的意義。開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性調(diào)速系統(tǒng)的研究，將拓寬開關(guān)磁阻電機(jī)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，并且對(duì)推動(dòng)我國電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展也具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2設(shè)計(jì)要求本課題設(shè)計(jì)的開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性調(diào)速系統(tǒng)，其主要功能有：正反轉(zhuǎn)、大范圍內(nèi)平滑調(diào)速；軟特性參數(shù)的在線調(diào)整；軟、硬特性運(yùn)行方式的選擇，并具有各種保護(hù)功能。具體研究內(nèi)容如下：學(xué)習(xí)DSP56F803的使用，設(shè)計(jì)以該芯片為核心的SR電機(jī)軟特性調(diào)速系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)軟特性曲線給定及調(diào)速、電機(jī)正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速、電流的顯示功能。,研究開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)一種較為簡便、快速、實(shí)用的計(jì)算轉(zhuǎn)矩的方法。開關(guān)磁阻電機(jī)軟特性調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)起動(dòng)，軟特性調(diào)速和保護(hù)功能。并利用PCmaster的可視化控制軟件。能夠在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)3.1SRD的組成及工作原理SRD主要由SR電機(jī)、功率變換器、控制器和位置檢測器四部分組成，如圖1所示1。SR電機(jī)是SRD系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是SRD系統(tǒng)有別于其他電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要標(biāo)志，它的結(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)的交直流電動(dòng)機(jī)有著根2本的區(qū)別。它遵循“磁阻最小原理”磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，產(chǎn)生磁拉力形成轉(zhuǎn)矩。因此，它的結(jié)構(gòu)原則是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁路的磁阻要有盡可能大的變化。所以SR電機(jī)采用凸極定子和凸極轉(zhuǎn)子的雙凸極結(jié)構(gòu)，并且定轉(zhuǎn)子極數(shù)不同。圖1SRD基本構(gòu)成圖2SR電機(jī)工作原理圖2表示三相SR（12/8極）電機(jī)的橫截面和一相電路的原理示意圖。S1、S2是電子開關(guān)，D1、D2是二極管，E是直流電源。當(dāng)定子A相磁極軸線OA與轉(zhuǎn)子磁極軸線Oa不重合時(shí)，開關(guān)S1、S2合上，A相繞組通電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)建立起以O(shè)A為軸線的徑向磁場，磁通通過定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛等處閉合。通過氣隙的磁力線是彎曲的，此時(shí)磁路的磁導(dǎo)小于定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合時(shí)的磁導(dǎo)，因此，轉(zhuǎn)子將受到氣隙中彎曲磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁極的軸線Oa向定子A相磁極軸線OA趨近。當(dāng)OA和Oa軸線重合時(shí)，轉(zhuǎn)子已達(dá)到平衡位置，即當(dāng)A相定、轉(zhuǎn)子極對(duì)極時(shí)，切向磁拉力消失，轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)打開A相開關(guān)S1、S2，合上B相開關(guān)，即在A相斷電的同時(shí)B相通電，建立以B相定子磁極為軸線的磁場，電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30，轉(zhuǎn)子在磁場磁拉力的作用下繼續(xù)沿著逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過15。依此類推，定子繞組A-B-C三相輪流通電一次，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)轉(zhuǎn)子極距r（Nrr/2），對(duì)于三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)，r=83600=45，定子磁極產(chǎn)生的磁場軸線則順時(shí)針移動(dòng)了330=90空間角?？梢?，連續(xù)不斷地按A-B-C-A的順序分別給定子各相繞組通電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場軸線沿A-B-C-A的方向不斷移動(dòng)，轉(zhuǎn)子沿A-C-B-A的方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果按A-C-B-A的順序給定子各相繞組輪流通電，則磁場沿著A-C-B-A的三相交流電功率變換器SRM外部給定微機(jī)控制器電流檢測位置檢測負(fù)載3方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子則沿著與之相反的A-B-C-A方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。3.2SRD主要技術(shù)特點(diǎn)5從結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理上看，SR電機(jī)可以說是一種高速大步距的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。兩者的主要差別在于：步進(jìn)電機(jī)作為一種信息傳輸、實(shí)現(xiàn)角位移精密傳動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的轉(zhuǎn)子軸運(yùn)動(dòng)服從電源的換相，而電源的換相通常是與轉(zhuǎn)子位置無關(guān)的，屬于轉(zhuǎn)子位置開環(huán)控制；SR電機(jī)則不同，其定子供電電源的換相與轉(zhuǎn)子位置直接有關(guān)，必須根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器提供的位置反饋信息來實(shí)現(xiàn)，屬于轉(zhuǎn)子位置的閉環(huán)控制。從運(yùn)行狀態(tài)上看，也可將SR電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)視為無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，兩系統(tǒng)中電機(jī)均運(yùn)行在自同步狀態(tài)。但無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子有勵(lì)磁，定子多相繞組由逆變器提供交流電源；SR電機(jī)的轉(zhuǎn)子則為反應(yīng)式，無須勵(lì)磁，定子繞組由直流脈沖電源供電，僅由簡單的開關(guān)即能實(shí)現(xiàn)，這使得電機(jī)結(jié)構(gòu)和變換器結(jié)構(gòu)都得到簡化。SR電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有如下基本特點(diǎn)。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、適宜在惡劣條件下的可靠運(yùn)行。SR電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，亦無需采用永磁體構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁極，因此最大速度不受限制，可達(dá)100000r/min，也無高溫退磁之憂。定子線圈為集中繞組，端部短而牢固。所以電機(jī)易于冷卻。適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境。轉(zhuǎn)矩方向與定子繞組電流方向無關(guān)，只需要單向的電流勵(lì)磁，因此可以減少功率變換器的開關(guān)器件數(shù)，降低系統(tǒng)成本。另外，SR電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中每個(gè)功率開關(guān)器件均直接與繞組串聯(lián)，根本上避免了直通短路現(xiàn)象。從而簡化了控制保護(hù)單元的要求，既降低了成本，又具有高的可靠性。從控制結(jié)構(gòu)上看，各相繞組相互獨(dú)立工作，所以系統(tǒng)可以缺相運(yùn)行，容錯(cuò)能力強(qiáng)，適宜在如航天飛機(jī)、電動(dòng)汽車等特殊場合作為起動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用。可控參數(shù)多，調(diào)速性能好?？刂芐R電機(jī)調(diào)速的主要參數(shù)有四個(gè)：開通角、關(guān)斷角、相電流幅值和相繞組電壓?？煽貐?shù)多，意味著控制靈活方便。采用不同控制方法和參數(shù)值，不僅能使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)（如出力最大、效率最高等），而且可以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能和特定的運(yùn)行曲線，如使電機(jī)具有完全相同的四象限運(yùn)行能力，并具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載曲線。在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)均具有高輸出和高效率，適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。當(dāng)然